système de mise ne tension d`une corde centre d`intérêt ci4

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SYSTÈME DE MISE NE TENSION
D’UNE CORDE
CENTRE D’INTÉRÊT CI4
DOSSIER D’ÉTUDE

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CONTEXTE D’UTILISATION DE CE SYSTÈME
Modèle mécanique à masse réglable, utilisé jusqu’aux années 1990
Modèle à tension réglable en continu par asservissement, utilisé depuis
Présentation de l’activité
 Secteur d’activité du matériel étudié dans ce TP : loisirs sportifs, système de réglage des élé-
ments de jeu
 Support : système de mise en tension d’une corde de raquette, appelé « cordeuse »
 Thème : analyse fonctionnelle, modélisation, identification au point de fonctionnement
 Références au programme : analyse fonctionnelle, structure, modélisation et correction des sys-
tèmes linéaires, continus et invariants

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Extrait du cahier des charges fonctionnel de ce système
Fonction Critères Niveau Flexibilité
FS1
Tendre une corde à
une tension définie par
l’utilisation avec une
bonne fidélité
Stabilité Marge de gain MG = 10 dB Minimum
Marge de phase Mϕ = 45° Minimum
Précision Erreur statique inférieure à 15 % Nulle
Erreur en perturbation inférieure à 5 % Nulle
Répétabilité : variations inférieures à 10 % Conseillée
Rapidité Tension atteinte en moins de 2 s Conseillée
Amortissement Premier dépassement inférieur à 5 % Conseillée
Présentation du problème technique
Pour que les joueurs de tennis ou de badminton puissent atteindre leur meilleur niveau de jeu, il est
indispensable que leurs raquettes soient cordées à leur convenance et avec des tensions précisé-
ment identiques sur des raquettes différentes afin que le changement en cours de jeu ne les per-
turbe pas. Pour cela, il est nécessaire de disposer d’un appareil permettant d’installer une corde sur
un cadre et de générer une tension dans celle-ci avec une excellente fidélité (les différences de ten-
sions sont sensibles lors du jeu).
Les centres de compétition et les magasins spécialisés disposent de machines improprement appe-
lées « à corder les raquettes » (ou « cordeuses » dans le texte) du type de celle qui sera étudiée
aujourd’hui.

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PREMIÈRE PARTIE
Observation et analyse du système
Mise en route du système étudié
Mettre le système en route :
 mettre le matériel sous tension (l’interrupteur, de couleur rouge, est situé sur le côté droit de la
cordeuse)
 mettre le rack sous tension (l’interrupteur, de couleur noire, est situé derrière le rack)
 lancer le logiciel en cliquant sur l’icône correspondant situé dans le menu démarrer ...
Les manipulations peuvent maintenant commencer.
Activité 1
L’objectif de cette manipulation est d’observer la méthode utilisée pour tendre un brin et
le maintenir. Réaliser pour cela les opérations suivantes :
• vérifier que la corde est attachée à l’anneau du capteur d’effort
• faire pivoter le cadre de façon à mettre l’extrémité de la corde fixée sur le capteur
d’effort à l’opposé du pupitre puis passer la corde fixée sur le capteur d’effort dans un
œillet de la grille opposée et la ramener vers le mors de tirage
• fixer la corde sur le mors de tirage (en l’engageant dans la fente médiane )
• mettre la machine sous tension (bouton à l’arrière, à droite du pupitre)
• programmer un effort dans la corde de 25 kgf (kg force) sur le pupitre, ce qui corres-
pond à un effort (en N) de F = 25 x 9,81 = 245,25 N
• appuyer légèrement sur le bouton poussoir (au dessus du pupitre) pour mettre en
tension la corde (l’appui trop ferme bloque le bouton, ce qui est absolument à éviter)
• observer le léger mouvement alternatif du mors de tirage lorsque la corde est tendue
• déplacer la pince la plus proche de la corde au voisinage de la corde et au plus près
possible du pupitre puis serrer le brin de corde tendu à l’aide de cette pince
• appuyer à nouveau sur le bouton poussoir pour relâcher l’effort
• observer le léger pivotement de la pince lors de l’opération précédente
Quelles sont les conséquences du léger pivotement de la pince sur la valeur de la tension
dans la corde lorsqu’on relâche la traction du mors sur la corde ?
Quelle est la manipulation que l’utilisateur doit effectuer pour limiter ce pivotement et
donc la variation de tension qui en résulte ? Si nécessaire, faire une manipulation de vali-
dation de votre conclusion.
Remarque : une étude de la technologie de la commande permet de montrer que le léger mouve-
ment alternatif observé vient pour une petite part de l’élasticité de la corde et pour une grande part
de la commande cyclique du variateur de commande à deux quadrants (de type hacheur : voir le
cours de sciences physiques) : on observe en effet quasiment la même période d’oscillation quelle
que soit la raideur de la corde.
Activité 2
Question subsidiaire (ne pas y passer trop de temps)
On pourrait vérifier que, après plusieurs enroulement dans les œillets du cadre de ra-
quette, on a des tensions légèrement différentes dans les différents brins du cordage :
quels sont les principaux facteurs qui influencent cette dispersion ? Comment le construc-
teur a-t-il limité cette dispersion ?

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Activité 3
Installer une corde dans le mors, mettre la corde en tension (mettre une tension suffi-
sante, par exemple 25 kgf comme précédemment) puis valider qu’elle est tendue (il suffit
de la toucher !). Éteindre la cordeuse : que remarque-t-on ?
Nous verrons plus tard quel élément technologique permet cet effet.
L’objectif est maintenant de mesurer la tension effective dans le brin tendu.
On utilisera pour cela la chaîne de mesure installée sur la station : capteurs, acquisition par la carte
du boîtier, traitement et affichage par l’ordinateur via le logiciel de traitement.
Activité 4
Réaliser pour cela les opérations suivantes après avoir préparé la mesure comme précé-
demment :
• appuyer sur le bouton « Départ mesure » situé sur tableau de bord du boîtier blanc
(bouton poussoir noir), ce qui déclenche la mesure (durée : 10 s) puis appuyer sur le
bouton poussoir (au dessus du pupitre) pour mettre en tension la corde
• réaliser rapidement (en moins de 5 à 7 s : il ne faut pas atteindre la fin de l’acquisition)
la manipulation précédente, c’est-à-dire maintenir le brin de corde tendu à l’aide d’une
pince en la disposant au plus près du cadre du coté du mors de tirage
• appuyer à nouveau sur le bouton poussoir pour relâcher la tension (il faut avoir appuyé
sur ce bouton avant la fin de la période de 10 s, sinon recommencer l’essai).
• importer les résultats
Les résultats des mesures sont disponibles pour une exploitation par le logiciel.
Parmi tous les paramètres obtenus par mesure, on souhaite afficher la courbe représen-
tant l’effort effectif dans la corde en fonction du temps :
• revenir à la page d’accueil du logiciel puis sélectionner le bouton [Courbes]
• choisir le bouton [Abscisse] puis désigner l’icône représentant le temps
• choisir le bouton [Ordonnée] puis désigner l’icône représentant l’effort effectif dans la
corde
• sélectionner le numéro de la mesure puis sélectionner l’option [Tracer]
Analyser la courbe fournie et expliquer physiquement les trois phases constatées. On
s’attachera particulièrement à l’analyse des évolutions globales et aux fluctuations cy-
cliques observées. Vérifier en particulier les tensions avant et après la mise en place de la
pince et celles avant et après relâchement de l’action de traction par le mors.
Le cahier des charges impose une perte de tension maximale de 15 % après fixation sur la
pince : est-elle respectée ? Conclusion.
Comparer la tension mesurée par le capteur propre de la machine (ressort de compression
+ potentiomètre linéaire : voir le mécanisme de tension de la corde) et celle mesurée par
le capteur d’effort sur lequel est fixée la corde : conclure sur les raisons de la différence
observée.
Défaire la corde fixée dans la pince et refaire deux mesures dans les mêmes conditions que précé-
demment (ces mesures doivent être faites par chacun des deux membres du binôme).
Le cahier des charges impose une fidélité meilleure que 10 % : la cordeuse est-elle fi-
dèle ? est-elle précise ? Conclusion.